JP7060742B1 - Physical property analysis method, physical property analysis sample and its preparation method - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、物性分析方法、物性分析試料及びその作製方法を提供する。【解決手段】物性分析試料の作製方法は、分析対象試料を提供し、分析対象試料の材料に基づいて、コントラスト強化層を分析対象試料の表面に形成する。コントラスト強化層は、互いに積み重ねた複数の第1の材料層及び複数の第2の材料層を含み、第1の材料層と第2の材料層との材料が異なっている。かつ、複数の第1の材料層及び複数の第2の材料層における各層の厚さは0.1nm以下である。電子顕微鏡によって撮影した分析対象試料の表層画像の平均階調値とコントラスト強化層画像の平均階調値との差は50以上である。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a physical property analysis method, a physical property analysis sample and a method for producing the same. SOLUTION: A method for preparing a physical property analysis sample provides a sample to be analyzed, and a contrast enhancing layer is formed on the surface of the sample to be analyzed based on the material of the sample to be analyzed. The contrast strengthening layer includes a plurality of first material layers and a plurality of second material layers stacked on each other, and the materials of the first material layer and the second material layer are different. Moreover, the thickness of each layer in the plurality of first material layers and the plurality of second material layers is 0.1 nm or less. The difference between the average gradation value of the surface layer image of the sample to be analyzed taken by the electron microscope and the average gradation value of the contrast enhanced layer image is 50 or more. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、物性分析方法、物性分析試料及びその作製方法に関し、特に電子顕微鏡を利用した物性分析方法、物性分析試料及びその作製方法に関する。 The present invention relates to a physical property analysis method, a physical property analysis sample and a method for producing the same, and more particularly to a physical property analysis method using an electron microscope, a physical property analysis sample and a method for producing the same.

電子部品(例えば、集積回路部品)のサイズが徐々に小さくなるにつれて、電子部品の線幅や線間隔が狭くなり、製造工程が困難になってきている。そのため、電子部品の製造工程では、電子部品の歩留まりを維持するための改善が続けられている。 As the size of electronic components (for example, integrated circuit components) gradually decreases, the line widths and line spacings of the electronic components become narrower, making the manufacturing process difficult. Therefore, in the manufacturing process of electronic parts, improvements for maintaining the yield of electronic parts are being continued.

電子部品の製造工程では、工程上のミスにより不具合が発生し、電子部品の歩留まりが悪くなることがある。不良の原因を突き止め、プロセスを改善するためには、多くの場合、機器を使って検査や物性分析を行う必要がある。物性分析に最もよく使われる機器は、透過型電子顕微鏡(TEM)、走査型電子顕微鏡(SEM)、集束イオンビーム電子顕微鏡(FIB)などの電子顕微鏡である。 In the manufacturing process of electronic parts, a defect may occur due to a mistake in the process, and the yield of electronic parts may deteriorate. In order to identify the cause of a defect and improve the process, it is often necessary to use equipment for inspection and physical property analysis. The most commonly used equipment for physical property analysis is an electron microscope such as a transmission electron microscope (TEM), a scanning electron microscope (SEM), and a focused ion beam electron microscope (FIB).

透過型電子顕微鏡(TEM)を例にとると、主に電子ビームを使って画像化している。そのため、TEMでの検査に適した試料は、通常50~100nm程度まで薄くする必要がある。しかし、薄肉化の過程で試料の微細構造が損傷し、検査結果が歪んでしまい、歩留まり低下の真の原因を特定することが困難になることがある。このため、試料を薄める前に、試料表面に少なくとも1つの保護層を形成し、薄める過程での試料の損傷を回避することが行われている。 Taking a transmission electron microscope (TEM) as an example, an electron beam is mainly used for imaging. Therefore, a sample suitable for inspection by TEM usually needs to be thinned to about 50 to 100 nm. However, in the process of thinning, the microstructure of the sample may be damaged, the test result may be distorted, and it may be difficult to identify the true cause of the decrease in yield. Therefore, before thinning the sample, at least one protective layer is formed on the surface of the sample to avoid damage to the sample in the process of thinning.

ただし、試料には多くの種類があり、試料には多くの異なる材料が含まれることがある。そのため、透過型電子顕微鏡で試料を撮影すると、試料の表面の材質と保護層の材質が同じであったり、試料の画像と保護層の画像の色スケールが似すぎていたりして、試料と保護層の接合部を識別することが困難な場合がある。また、透過型電子顕微鏡で撮影した画像では、エッジの尖鋭度(acutance)が低いため、試料の表面形状を認識することも困難な場合がある。 However, there are many types of samples, and samples can contain many different materials. Therefore, when the sample is photographed with a transmission electron microscope, the material of the surface of the sample and the material of the protective layer are the same, or the color scale of the image of the sample and the image of the protective layer are too similar, and the sample and the protection are protected. It can be difficult to identify the joints of the layers. Further, in an image taken with a transmission electron microscope, it may be difficult to recognize the surface shape of the sample because the sharpness of the edge is low.

画像のエッジの尖鋭度は後の画像処理で改善できるが、試料画像と保護層画像の色の差が小さすぎると、改善効果は非常に限られている。この場合、画像処理に時間がかかり、検査・解析の時間コストが増大するだけでなく、画像処理結果が画像の歪みにつながることもあり、短時間で解析して不具合を発見することは容易ではない。このような観点から、上述の欠点を克服するために、物性分析方法や物性分析試料の作製方法をどのように改善するかは、業界が解決したい重要な課題の一つとなっている。 The sharpness of the edges of the image can be improved by later image processing, but if the color difference between the sample image and the protective layer image is too small, the improvement effect is very limited. In this case, not only the image processing takes time and the time cost of inspection / analysis increases, but also the image processing result may lead to image distortion, so it is not easy to analyze in a short time and find a defect. not. From this point of view, how to improve the physical characteristic analysis method and the method for preparing the physical characteristic analysis sample in order to overcome the above-mentioned drawbacks is one of the important issues that the industry wants to solve.

本発明が解決しようとする課題は、既存技術の不足に対して物性分析方法、物性分析試料及びその作製方法を提供する。分析対象試料を保護する機能を持たせるのみならず、分析対象試料画像のエッジのコントラストとエッジの尖鋭度を向上させることで、時間とコストを節約できる。 The problem to be solved by the present invention is to provide a physical property analysis method, a physical property analysis sample, and a method for producing the same, in response to the lack of existing techniques. Not only does it have the function of protecting the sample to be analyzed, but it also saves time and cost by improving the contrast and sharpness of the edges of the sample image to be analyzed.

上記の技術的課題を解決するために、本発明が採用する技術的手段の1つとしては、下記のような物性分析試料の作製方法を提供することである。物性分析試料の作製方法は、分析対象試料を提供し、分析対象試料の材料に基づいて、分析対象試料の表面にコントラスト強化層を形成する。なかでも、コントラスト強化層は互いに積み重ねた複数の第1の材料層及び複数の第2の材料層を含み、第1の材料層と第2の材料層との材料が異なっている。かつ、複数の第1の材料層と複数の第2の材料層における各層の厚さは0.1nm以下である。電子顕微鏡によって撮影した分析対象試料表層画像の平均階調値とコントラスト強化層画像の平均階調値との差は50以上である。 In order to solve the above technical problems, one of the technical means adopted by the present invention is to provide the following method for preparing a physical characteristic analysis sample. As a method for preparing a physical property analysis sample, a sample to be analyzed is provided, and a contrast-enhanced layer is formed on the surface of the sample to be analyzed based on the material of the sample to be analyzed. Among them, the contrast strengthening layer includes a plurality of first material layers and a plurality of second material layers stacked on each other, and the materials of the first material layer and the second material layer are different. Moreover, the thickness of each layer in the plurality of first material layers and the plurality of second material layers is 0.1 nm or less. The difference between the average gradation value of the surface layer image of the sample to be analyzed and the average gradation value of the contrast enhanced layer image taken by the electron microscope is 50 or more.

上記の技術的課題を解決するために、本発明が採用する他の技術的手段は、下記のような物性分析試料を提供することにある。物性分析試料は、分析対象試料及びコントラスト強化層を含む。コントラスト強化層が分析対象試料の表面に設けられると共に、互いに積み重ねた複数の第1の材料層及び複数の第2の材料層を含む。第1の材料層と第2の材料層との材料が異なっている。かつ、複数の第1の材料層と複数の第2の材料層における各層の厚さは0.1nm以下である。電子顕微鏡によって撮影した分析対象試料の表層画像の平均階調値とコントラスト強化層画像の平均階調値との差は50以上である。 Another technical means adopted by the present invention in order to solve the above technical problems is to provide the following physical property analysis samples. The physical characteristic analysis sample includes the sample to be analyzed and the contrast enhancing layer. A contrast-enhancing layer is provided on the surface of the sample to be analyzed, and includes a plurality of first material layers and a plurality of second material layers stacked on each other. The materials of the first material layer and the second material layer are different. Moreover, the thickness of each layer in the plurality of first material layers and the plurality of second material layers is 0.1 nm or less. The difference between the average gradation value of the surface layer image of the sample to be analyzed taken by the electron microscope and the average gradation value of the contrast enhanced layer image is 50 or more.

上記の技術的課題を解決するために、本発明が採用する技術的手段の1つとしては、物性分析方法を提供することにある。まず、分析対象試料を提供し、分析対象試料の材料に基づいて、分析対象試料の表面にコントラスト強化層を形成することによって、物性分析試料を作製する。次に、物性分析試料の画像を撮影する。なかでも、物性分析試料の画像は、コントラスト強化層画像と分析対象試料画像を含む。コントラスト強化層画像の平均階調値と分析対象試料の表層画像の平均階調値との差は50以上である。 In order to solve the above technical problems, one of the technical means adopted by the present invention is to provide a method for analyzing physical properties. First, a sample to be analyzed is provided, and a physical property analysis sample is prepared by forming a contrast enhancing layer on the surface of the sample to be analyzed based on the material of the sample to be analyzed. Next, an image of the physical characteristic analysis sample is taken. Among them, the image of the physical property analysis sample includes the contrast enhanced layer image and the analysis target sample image. The difference between the average gradation value of the contrast enhanced layer image and the average gradation value of the surface layer image of the sample to be analyzed is 50 or more.

本発明による有益な効果の1つとして、本発明が提供する物性分析方法、物性分析試料及びその作製方法は、「分析対象試料の表面にコントラスト強化層を形成する」及び「電子顕微鏡によって撮影した、前記分析対象試料の表層画像の平均階調値と前記コントラスト強化層画像の平均階調値との差は50以上である」という技術的手段によって、コントラスト強化層は分析対象試料を保護する機能を果たせるのみならず、分析対象試料画像のエッジのコントラストとエッジの尖鋭度を向上させることで、時間とコストを節約できる。 As one of the beneficial effects of the present invention, the physical property analysis method, the physical property analysis sample and the method for producing the same provided by the present invention are "forming a contrast enhancing layer on the surface of the sample to be analyzed" and "photographed by an electron microscope". The difference between the average gradation value of the surface layer image of the analysis target sample and the average gradation value of the contrast enhancement layer image is 50 or more. ”The contrast enhancement layer has a function of protecting the analysis target sample by the technical means. Not only can this be achieved, but time and cost can be saved by improving the edge contrast and edge sharpness of the sample image to be analyzed.

本発明に係る特定の実施形態の物性分析方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the physical property analysis method of the specific embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る特定の実施形態の分析対象試料を示す局部断面模式図である。It is a local sectional schematic diagram which shows the analysis target sample of the specific embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る特定の実施形態の物性分析試料を示す局部断面模式図である。It is a local sectional schematic diagram which shows the physical characteristic analysis sample of the specific embodiment which concerns on this invention. 図3における領域IVを示す局部拡大模式図である。It is a locally enlarged schematic diagram which shows the region IV in FIG. 本発明に係る他の実施形態のコントラスト強化層を示す局部拡大模式図である。It is a locally enlarged schematic diagram which shows the contrast enhancement layer of another embodiment which concerns on this invention. 本発明に係るさらに他の実施形態のコントラスト強化層を示す局部拡大模式図である。It is a locally enlarged schematic diagram which shows the contrast enhancement layer of still another embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る特定の実施形態のコントラスト強化層を示す透過型電子顕微鏡写真である。It is a transmission type electron micrograph which shows the contrast enhancement layer of the specific embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る他の実施形態の物性分析試料を示す局部断面模式図である。It is a local sectional schematic diagram which shows the physical characteristic analysis sample of another embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る特定の実施形態の物性分析試料を示す透過型電子顕微鏡写真である。It is a transmission type electron micrograph which shows the physical characteristic analysis sample of the specific embodiment which concerns on this invention. 本発明に係るさらに他の実施形態の物性分析試料を示す透過型電子顕微鏡写真である。It is a transmission type electron micrograph which shows the physical characteristic analysis sample of still another embodiment which concerns on this invention.

本発明の特徴及び技術内容がより一層分かるように、以下の本発明に関する詳細な説明と添付図面を参照する。しかし、提供される添付図面は参考と説明のために提供するものに過ぎず、本発明の請求の範囲を制限するためのものではない。 In order to further understand the features and technical contents of the present invention, the following detailed description and accompanying drawings relating to the present invention will be referred to. However, the accompanying drawings provided are provided for reference only and are not intended to limit the claims of the present invention.

下記より、具体的な実施例で本発明が開示する「物性分析方法、物性分析試料及びその作製方法」に係る実施形態を説明する。当業者は本明細書の公開内容により本発明のメリット及び効果を理解し得る。本発明は他の異なる実施形態により実行又は応用できる。本明細書における各細節も様々な観点又は応用に基づいて、本発明の精神逸脱しない限りに、均等の変形と変更を行うことができる。また、本発明の図面は簡単で模式的に説明するためのものであり、実際的な寸法を示すものではない。以下の実施形態において、さらに本発明に係る技術事項を説明するが、公開された内容は本発明を限定するものではない。
[第1の実施形態]
Hereinafter, embodiments relating to the "physical property analysis method, physical property analysis sample, and method for producing the same" disclosed by the present invention in specific examples will be described. Those skilled in the art can understand the merits and effects of the present invention from the published contents of the present specification. The present invention can be implemented or applied by other different embodiments. Each subsection in the present specification can also be uniformly modified and modified based on various viewpoints or applications as long as it does not deviate from the spirit of the present invention. Further, the drawings of the present invention are for simple and schematic explanations, and do not show practical dimensions. In the following embodiments, the technical matters relating to the present invention will be further described, but the published contents are not limited to the present invention.
[First Embodiment]

図1を参照されたい。本発明に係る実施形態は物性分析方法を提供する。前記物性分析方法は電子顕微鏡を使って執行されてもよい。電子顕微鏡としては、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)、走査型電子顕微鏡(SEM)及び集束イオンビーム電子顕微鏡(FIB)が挙げられるが、本発明はこれらの例に制限されない。 See FIG. An embodiment of the present invention provides a method for analyzing physical properties. The physical characteristic analysis method may be performed using an electron microscope. Examples of the electron microscope include, but are not limited to, a transmission electron microscope (TEM), a scanning electron microscope (SEM), and a focused ion beam electron microscope (FIB).

ステップS1において、物性分析試料を作製する。本発明に係る実施形態において、物性分析試料を作製するステップは少なくとも、分析対象試料を提供するステップS11と、分析対象試料の材料に基づいて分析対象試料の表面にコントラスト強化層を形成するステップS12とを含む。以下は、本発明に係る実施形態の物性分析試料の作製方法の詳細について説明する。 In step S1, a physical characteristic analysis sample is prepared. In the embodiment of the present invention, at least the steps for preparing the physical property analysis sample are step S11 for providing the analysis target sample and step S12 for forming a contrast enhancing layer on the surface of the analysis target sample based on the material of the analysis target sample. And include. The details of the method for preparing the physical characteristic analysis sample according to the embodiment of the present invention will be described below.

本発明に係る実施形態の物性分析方法はさらに物性分析試料の画像を撮影するステップS2が含まれる。なかでも、物性分析試料の画像はコントラスト強化層画像と分析対象試料画像を含む。かつ、コントラスト強化層画像の平均階調値と前記分析対象試料表層画像の平均階調値との差は50以上である。詳細には、電子顕微鏡によって物性分析試料の画像を撮影してから分析対象試料に対して物性分析を行ってもよい。 The physical characteristic analysis method of the embodiment according to the present invention further includes step S2 of capturing an image of the physical characteristic analysis sample. Among them, the image of the physical property analysis sample includes the contrast enhanced layer image and the image of the sample to be analyzed. Moreover, the difference between the average gradation value of the contrast enhanced layer image and the average gradation value of the surface layer image of the sample to be analyzed is 50 or more. Specifically, the physical property analysis may be performed on the sample to be analyzed after taking an image of the physical property analysis sample with an electron microscope.

以下は、本発明に係る実施形態の物性分析試料を作製する方法及び物性分析方法のプロセスの詳細を説明する。 The following describes the details of the process of preparing the physical property analysis sample of the embodiment according to the present invention and the physical property analysis method.

図2を参照されたい。図2は、本発明に係る実施形態の分析対象試料を示す局部断面模式図である。分析対象試料1は半導体部品の半製品または完成品であってもよい。例えば、分析対象試料1は例えば、トランジスタ素子、ダイオード素子、レーザー素子、発光ダイオード素子、抵抗素子、誘導素子、これらを任意に組み合わせて形成した集積回路素子であってもよいが、それらの部品が製造過程における半製品であってもよい。本発明はこれらの例に制限されない。 See FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a sample to be analyzed according to the embodiment of the present invention. The sample 1 to be analyzed may be a semi-finished product or a finished product of a semiconductor component. For example, the sample 1 to be analyzed may be, for example, a transistor element, a diode element, a laser element, a light emitting diode element, a resistance element, an induction element, or an integrated circuit element formed by arbitrarily combining these, but these components may be used. It may be a semi-finished product in the manufacturing process. The present invention is not limited to these examples.

本実施形態の分析対象試料1は、ベース10、及びベース10に配置される複数の微小構造体11を含む。このように、本実施形態における分析対象試料1の表面1sは平坦面ではない。微小構造体11の幅や任意の隣り合う微小構造体11同士の間の間隔は、ミクロンスケールまたはナノメートルスケールである。また、前記微小構造体11は、集積回路素子の回路、トランジスタ素子のゲート、フィンドフィールドトランジスタの3次元構造、マイクロレンズアレイなどであるが、本発明はこの例に制限されない。特定の状況では、分析対象試料1を物性分析する時、微小構造体11に欠陥があるかどうかで、微小構造体11を形成するためのプロセスフローに改善が必要かどうかを判断する。 The sample 1 to be analyzed of the present embodiment includes a base 10 and a plurality of microstructures 11 arranged on the base 10. As described above, the surface 1s of the sample 1 to be analyzed in the present embodiment is not a flat surface. The width of the microstructures 11 and the spacing between any adjacent microstructures 11 are on the micron or nanometer scale. Further, the microstructure 11 is a circuit of an integrated circuit element, a gate of a transistor element, a three-dimensional structure of a find field transistor, a microlens array, and the like, but the present invention is not limited to this example. In a specific situation, when the physical properties of the sample 1 to be analyzed are analyzed, it is determined whether or not the microstructure 11 is defective and whether or not the process flow for forming the microstructure 11 needs to be improved.

なお、本実施形態に係る分析対象試料1は、本発明に係る物性分析方法と物性分析試料の作製方法を説明するために範例として挙げられたものであり、本発明を制限する意図はないことは説明しておきたい。分析対象試料1の構造は、作製する部品によって違うようになる。即ち、分析対象試料1の構成は簡単になったり、複雑になったりする可能性はある。例えば、分析対象試料1は、微小構造体11を必ず有するのではなく、ベース10のみを有する場合もある。他の実施形態において、分析対象試料1は微小構造体11の他、ベース10と微小構造体11を被覆する単層または多層膜層を含んでもよいが、本発明はこの例に制限されない。また、図2に示された微小構造体11の断面輪郭形状は説明の便宜上既に簡略化されたものであり、本発明を制限する意図はない。このように、微小構造体11のそれぞれは他の形状に形成される場合もある。 The analysis target sample 1 according to the present embodiment is given as a paradigm for explaining the physical property analysis method and the method for producing the physical characteristic analysis sample according to the present invention, and there is no intention of limiting the present invention. I want to explain. The structure of the sample 1 to be analyzed differs depending on the parts to be manufactured. That is, the configuration of the sample 1 to be analyzed may be simplified or complicated. For example, the sample 1 to be analyzed may not always have the microstructure 11 but only the base 10. In another embodiment, the sample 1 to be analyzed may include, in addition to the microstructure 11, a single layer or a multilayer film layer covering the base 10 and the microstructure 11, but the present invention is not limited to this example. Further, the cross-sectional contour shape of the microstructure 11 shown in FIG. 2 has already been simplified for convenience of explanation, and there is no intention of limiting the present invention. As described above, each of the microstructures 11 may be formed into other shapes.

特定の実施形態において、ベース10の材料と微小構造体11との材料が異なっている。ベース10と微小構造体11の材料はそれぞれ、金属材料、半導体材料、ガラス、セラミック材料、プラスチック材料及びそれらの任意の組み合わせからなる群から選ばれる一種であってもよい。なかでも、半導体材料としては、例えば、シリコン、ゲルマニウム、炭化ケイ素、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、窒化インジウム、または窒化ガリウムアルミニウムが挙げられる。他の実施形態において、微小構造体11の材料はベース10と同じであってもよい、本発明はこの例に制限されない。 In certain embodiments, the material of the base 10 and the material of the microstructure 11 are different. The material of the base 10 and the microstructure 11 may be one selected from the group consisting of a metal material, a semiconductor material, a glass, a ceramic material, a plastic material, and any combination thereof. Among them, examples of the semiconductor material include silicon, germanium, silicon carbide, gallium arsenide, gallium nitride, indium nitride, and gallium nitride aluminum. In other embodiments, the material of the microstructure 11 may be the same as the base 10, the invention is not limited to this example.

図1のステップS12を図3と一緒に参照されたい。図3は、本発明に係る特定の実施形態の物性分析試料を示す局部断面模式図である。コントラスト強化層2は分析対象試料1の表面1sに形成される。本実施形態において、コントラスト強化層2は、析対象試料1を保護するために、分析対象試料1の表面1sの形状に沿って分析対象試料1の表面1sに被覆される。また、物性分析試料M1を測定する時、コントラスト強化層2は、分析対象試料1におけるエッジの対比度及び尖鋭度を増やすために用いられる。特定の実施形態において、コントラスト強化層2の厚さは2nm~30nmである。 See step S12 of FIG. 1 together with FIG. FIG. 3 is a schematic local cross-sectional view showing a physical characteristic analysis sample of a specific embodiment according to the present invention. The contrast enhancing layer 2 is formed on the surface 1s of the sample 1 to be analyzed. In the present embodiment, the contrast enhancing layer 2 is coated on the surface 1s of the analysis target sample 1 along the shape of the surface 1s of the analysis target sample 1 in order to protect the analysis target sample 1. Further, when measuring the physical property analysis sample M1, the contrast strengthening layer 2 is used to increase the contrast and sharpness of the edges in the analysis target sample 1. In certain embodiments, the contrast enhancing layer 2 has a thickness of 2 nm to 30 nm.

また、電子顕微鏡(例えば、透過型電子顕微鏡)によって物性分析試料M1の画像を撮影する時、物性分析試料M1画像において、コントラスト強化層2画像の平均階調値と分析対象試料1の表層画像の平均階調値との差は50以上である。電子顕微鏡によって撮影した画像は通常、グレースケール画像である。グレースケール画像の各画素の明暗は、2nビットの数値で表すことができる。なかでも、nは正の整数である。本実施形態において、各ピクセルの階調値を表すために8ビットの数値(つまりn=4)は使用され、その範囲は0(黒い)から255(白い)までとなる。 Further, when an image of the physical property analysis sample M1 is taken by an electronic microscope (for example, a transmission type electronic microscope), in the physical property analysis sample M1 image, the average gradation value of the contrast enhanced layer 2 image and the surface layer image of the analysis target sample 1 are taken. The difference from the average gradation value is 50 or more. Images taken with an electron microscope are usually grayscale images. The lightness and darkness of each pixel of the grayscale image can be represented by a numerical value of 2n bits. Above all, n is a positive integer. In this embodiment, an 8-bit numerical value (that is, n = 4) is used to represent the gradation value of each pixel, and the range is from 0 (black) to 255 (white).

また、前記コントラスト強化層2画像の平均階調値とは、コントラスト強化層2画像における複数のピクセルの階調値を平均した平均値を言う。例えば、コントラスト強化層2画像を表すのはX個のピクセルP1~Pxとし、X個のピクセルP1~Pxの階調値は順にG1からGxとする場合、平均階調値GはG=(G1+G2+G3+….+Gx)/Xという関係式で表することができるが、本発明はこの例に制限されない。他の実施形態において、幾何平均、調和平均、幾何-調和平均、算術-幾何平均など、実際の状況に応じて、諧調値の平均を得るために他の式を使用することもできる。 Further, the average gradation value of the contrast enhancement layer 2 image means an average value obtained by averaging the gradation values of a plurality of pixels in the contrast enhancement layer 2 image. For example, when the contrast enhancement layer 2 image is represented by X pixels P1 to Px and the gradation values of the X pixels P1 to Px are sequentially G1 to Gx, the average gradation value G is G = (G1 + G2 + G3 +). .... + Gx) / X can be expressed, but the present invention is not limited to this example. In other embodiments, other equations may be used to obtain the average of the gradation values, such as geometric mean, harmonic mean, geometric-harmonic average, arithmetic-geometric mean, etc., depending on the actual situation.

同様に、前記分析対象試料1の表層画像の平均階調値とは、分析対象試料1の表層画像における複数のピクセルの階調値を平均した平均値を言う。また、前記分析対象試料1の表層とは、分析対象試料1の表面から内部までおよそ2~20nmの範囲を言う。コントラスト強化層2の画像の平均階調値と分析対象試料1の表層画像の平均階調値との差が50以上となる時、人間の目は物性分析試料M1の画像から分析対象試料1の画像とコントラスト強化層2と画像を区別できる。 Similarly, the average gradation value of the surface layer image of the analysis target sample 1 means the average value obtained by averaging the gradation values of a plurality of pixels in the surface layer image of the analysis target sample 1. The surface layer of the sample 1 to be analyzed means a range of about 2 to 20 nm from the surface to the inside of the sample 1 to be analyzed. When the difference between the average gradation value of the image of the contrast enhancement layer 2 and the average gradation value of the surface layer image of the analysis target sample 1 is 50 or more, the human eye can see the analysis target sample 1 from the image of the physical property analysis sample M1. The image can be distinguished from the contrast enhancing layer 2 and the image.

さらに言えば、本発明において、分析対象試料1の表層の材料に応じて、コントラスト強化層2の材料を選択するようになる。これによって物性分析試料M1の画像において、分析対象試料1の画像とコントラスト強化層2の画像ははっきり区別することができる。具体的に、コントラスト強化層2の画像であるか分析対象試料1の画像であるかに拘わらず、その階調値は何れもそれに含まれた元素の原子番号に関連している。即ち、コントラスト強化層2または分析対象試料1の表層に含まれる元素の原子番号が大きいほど、電子顕微鏡(例えば、透過型電子顕微鏡)で撮影したコントラスト強化層2画像、または分析対象試料1の表層の大部分のピクセルの階調値は低くなり、色も暗くなる。そのため、分析対象試料1の材料に含まれる元素の原子番号が比較的に大きいため、後段での物性分析には色の暗い(諧調値の低いピクセルが比較的に多い)分析対象試料1の表層画像が得る場合、コントラスト強化層2の材料としては、比較的に原子番号の小さい元素を含ませて、これで色の明るい(諧調値の高いピクセルが比較的に多い)コントラスト強化層2画像を形成させるのが好ましい。 Furthermore, in the present invention, the material of the contrast enhancing layer 2 is selected according to the material of the surface layer of the sample 1 to be analyzed. Thereby, in the image of the physical property analysis sample M1, the image of the analysis target sample 1 and the image of the contrast enhancing layer 2 can be clearly distinguished. Specifically, regardless of whether it is an image of the contrast enhancing layer 2 or an image of the sample 1 to be analyzed, the gradation values are all related to the atomic numbers of the elements contained therein. That is, the larger the atomic number of the element contained in the surface layer of the contrast enhanced layer 2 or the sample 1 to be analyzed, the more the contrast enhanced layer 2 image taken with an electron microscope (for example, a transmission electron microscope) or the surface layer of the sample 1 to be analyzed. The gradation value of most of the pixels is low and the color is dark. Therefore, since the atomic numbers of the elements contained in the material of the sample 1 to be analyzed are relatively large, the surface layer of the sample 1 to be analyzed is dark in color (there are relatively many pixels with low contrast values) for the physical property analysis in the subsequent stage. When an image is obtained, the material of the contrast enhancing layer 2 contains an element having a relatively small atomic number, so that the contrast enhancing layer 2 image having a bright color (a relatively large number of pixels having a high gradation value) is obtained. It is preferable to form it.

特定の実施形態において、コントラスト強化層2の材料は金属元素の酸化物、窒化物または酸窒化物、または非金属元素の酸化物、炭化物、窒化物、または酸窒化物であり得る。金属元素は、例えば、アルミニウム、ハフニウム、チタン、プラチナ、インジウム、スズ、ジルコニウム、ガリウム、モリブデン、またはタンタルであり、非金属元素は、シリコン、ホウ素、セレン、テルルまたはヒ素であるが、本発明はこれらの例に制限されない。コントラスト強化層2の画像の平均階調値と分析対象試料1の表層画像の平均階調値が互いに50以上の差が出て、人間の目が分析対象試料1とコントラスト強化層2のエッジを区分できれば良く、本発明は、コントラスト強化層2の材料について制限されない。なお、本実施形態において、異なる材料分析対象試料1に適用するように、複数のコントラスト強化層2を形成するための前駆体ガス又は原材料を用意する場合もある。 In certain embodiments, the material of the contrast-enhancing layer 2 can be a metal element oxide, nitride or oxynitride, or a non-metal element oxide, carbide, nitride, or oxynitride. The metal elements are, for example, aluminum, hafnium, titanium, platinum, indium, tin, zirconium, gallium, molybdenum, or tantalum, and the non-metal elements are silicon, boron, selenium, tellurium or arsenic. Not limited to these examples. The average gradation value of the image of the contrast enhancement layer 2 and the average gradation value of the surface layer image of the analysis target sample 1 differ from each other by 50 or more, and the human eye touches the edge of the analysis target sample 1 and the contrast enhancement layer 2. The present invention is not limited to the material of the contrast enhancing layer 2 as long as it can be classified. In this embodiment, a precursor gas or a raw material for forming a plurality of contrast-enhanced layers 2 may be prepared so as to be applied to different material analysis target samples 1.

ここで、他の実施形態において、コントラスト強化層2は少なくとも2種類の材料を含んでもよい。かつ、これらの2種類の材料の中の一方は、原子番号が比較的に大きい元素を含み、他方は、原子番号が比較的に小さい元素を含む。2種類の材料の含有率を調整することによって、コントラスト強化層2の画像の平均階調値を調整できる。 Here, in another embodiment, the contrast enhancing layer 2 may contain at least two kinds of materials. Moreover, one of these two kinds of materials contains an element having a relatively large atomic number, and the other contains an element having a relatively small atomic number. By adjusting the content of the two types of materials, the average gradation value of the image of the contrast enhancing layer 2 can be adjusted.

図4を参照されたい。図4は、図3における領域IVを示す局部拡大模式図である。本実施形態において、コントラスト強化層2は複合フィルムであり、互いに積み重ねた複数の第1の材料層21及び複数の第2の材料層22を含む。かつ、第1の材料層21と第2の材料層22との材料が異なっている。さらに、第1の材料層21と第2の材料層22における一方は原子番号が比較的に小さい元素を含み、他方は原子番号が比較的に大きい元素を含んでもよいが、本発明はこの例に制限されない。 See FIG. FIG. 4 is a locally enlarged schematic diagram showing the region IV in FIG. In the present embodiment, the contrast enhancing layer 2 is a composite film and includes a plurality of first material layers 21 and a plurality of second material layers 22 stacked on each other. Moreover, the materials of the first material layer 21 and the second material layer 22 are different. Further, one of the first material layer 21 and the second material layer 22 may contain an element having a relatively small atomic number, and the other may contain an element having a relatively large atomic number. Not limited to.

特定の実施形態において、第1の材料層21の材料は第1の元素の酸化物、窒化物または窒素酸化物であり、第2の材料層22の材料は、第2の元素の酸化物、窒化物または窒素酸化物である。第1の元素及び第2の元素はそれぞれ金属元素、非金属元素及びその任意の組み合わせからなる群から選ばれる。金属元素としては、例えば、アルミニウム、ハフニウム、チタン、プラチナ、インジウム、スズ、ジルコニウム、ガリウム、モリブデン、またはタンタルが挙げられ、非金属元素としては、例えば、シリコン、ホウ素、セレン、テルルまたはヒ素であるが挙げられるが、本発明はこれらの例に制限されない。 In certain embodiments, the material of the first material layer 21 is an oxide, nitride or nitrogen oxide of the first element, and the material of the second material layer 22 is an oxide of the second element. Nitride or nitrogen oxide. The first element and the second element are selected from the group consisting of metallic elements, non-metallic elements and arbitrary combinations thereof, respectively. Metallic elements include, for example, aluminum, hafnium, titanium, platinum, indium, tin, zirconium, gallium, molybdenum, or tantalum, and non-metal elements include, for example, silicon, boron, selenium, tellurium or arsenic. However, the present invention is not limited to these examples.

第1の材料層21と第2の材料層22の各層の厚さは、0.1nm以下である。また、第1の材料層21(または第2の材料層22)の各層は、複数層の単分子層膜又は単原子層膜を含む場合がある。特定の実施形態において、第1の材料層21の各層は1~3層の単分子層膜又は単原子層膜を含み、かつ、第2の材料層22の各層は1~3層の単分子層膜又は単原子層膜を含む。 The thickness of each of the first material layer 21 and the second material layer 22 is 0.1 nm or less. Further, each layer of the first material layer 21 (or the second material layer 22) may include a plurality of monomolecular layer films or monoatomic layer films. In a particular embodiment, each layer of the first material layer 21 comprises 1 to 3 monomolecular or monoatomic layer films, and each layer of the 2nd material layer 22 is 1 to 3 monatomic molecules. Includes layered film or monatomic layered film.

図4には、複数層の第1の材料層21と第2の材料層22は互いに積み重なるように示されているが、実際に、第1の材料層21及び第2の材料層22の各層は、非常に薄いため、既存の電子顕微鏡では、特定の倍率(例:800Kx)以下、または4K以下の解像度を使用する場合、第1の材料層21と第2の材料層22とのエッジまたは明確的な層別が観察されにくいことは説明しておきたい。 In FIG. 4, the first material layer 21 and the second material layer 22 having a plurality of layers are shown to be stacked on each other, but in fact, each layer of the first material layer 21 and the second material layer 22 is shown. Is so thin that existing electron microscopes use an edge between the first material layer 21 and the second material layer 22 when using a resolution of a certain magnification (eg 800Kx) or less, or 4K or less. I would like to explain that it is difficult to observe clear stratification.

特定の実施形態において、第1の材料層21の層の数は第1の元素の濃度と正の相間を有し、第2の材料層22の層の数は第2の元素の濃度と正の相関を有する。第1の材料層21と第2の材料層22のそれぞれの材料には、異なる原子番号を有する元素が含まれるため、例えば、透過型電子顕微鏡等の電子顕微鏡によって物性分析試料M1の画像を撮影する時、第1の材料層21の層の数と第2の材料層22の層の数は、コントラスト強化層2画像の平均階調値に影響を及ぼしている。 In certain embodiments, the number of layers of the first material layer 21 has a positive phase with the concentration of the first element, and the number of layers of the second material layer 22 is positive with the concentration of the second element. Has a correlation of. Since the materials of the first material layer 21 and the second material layer 22 contain elements having different atomic numbers, for example, an image of the physical property analysis sample M1 is taken by an electron microscope such as a transmission electron microscope. At this time, the number of layers of the first material layer 21 and the number of layers of the second material layer 22 affect the average gradation value of the contrast enhancing layer 2 image.

即ち、本発明に係る実施形態において、交互に形成された複数層の第1の材料層21と複数層の第2の材料層22によって、物性分析する時に撮影するコントラスト強化層2の画像の全体的な諧調表示効果を制御する。具体的に、コントラスト強化層2における第1の材料層21の層の数と第2の材料層22の層の数との間に比率を調整することによって、異なる平均階調値を有するコントラスト強化層2画像を得る。さらに言えば、本実施形態は、中間調(halftone)表示技術に似ている概念に基づいて、第1の材料層21と第2の材料層22の層の数を変更することで撮影したコントラスト強化層2画像の視覚上の全体的な諧調表示効果を制御する。 That is, in the embodiment of the present invention, the entire image of the contrast enhancing layer 2 taken at the time of physical property analysis by the first material layer 21 of the plurality of layers and the second material layer 22 of the plurality of layers alternately formed. Controls the tone display effect. Specifically, by adjusting the ratio between the number of layers of the first material layer 21 and the number of layers of the second material layer 22 in the contrast enhancement layer 2, the contrast enhancement having different average gradation values is performed. Obtain a layer 2 image. Furthermore, the present embodiment is based on a concept similar to the halftone display technique, and the contrast imaged by changing the number of layers of the first material layer 21 and the second material layer 22. Reinforcement layer 2 Controls the overall visual gradation effect of the image.

これによって、本実施形態において、異なる材料の分析対象試料1に合わせるために、種類の多い前駆体ガスまたは原材料を用意する必要はなくなり、例えば、2種類または3種類の特定の前駆体ガスまたは原材料を用意することで、異なる材料となる分析対象試料1に応じて、分析対象試料1の画像のエッジのコントラスト及び尖鋭度を強調するコントラスト強化層2を作製することができる。 This eliminates the need to prepare a large number of precursor gases or raw materials in order to match different materials to the analysis target sample 1 in the present embodiment, for example, two or three specific precursor gases or raw materials. By preparing the above, it is possible to produce the contrast enhancing layer 2 that emphasizes the edge contrast and sharpness of the image of the analysis target sample 1 according to the analysis target sample 1 which is a different material.

言い換えれば、それぞれが異なる材料で構成される2つの分析対象試料1があるとすれば、それらの分析対象試料1に対して、形成しようとする2種類のコントラスト強化層2は同じ材料で形成されてもよい。ただし、2種類のコントラスト強化層2において、それらの材料の比率は異なっている。例えば、コントラスト強化層2の第1の材料層21が酸化アルミニウム層とし、第2の材料層22がハフニウム酸化物層とすれば、分析対象試料1の材料が酸化ケイ素である場合、分析対象試料1の表層画像における複数のピクセルの大部分は高い階調値を有し、より明るい色を呈するため、コントラスト強化層2における第2の材料層22(ハフニウム酸化物層)の層の数を増加し、即ち、元素のハフニウムがコントラスト強化層2に占める比率を高めるようにして、そして、複数の第2の材料層22は特定の領域に集中するではなく、コントラスト強化層2の異なる位置に分散されるため、コントラスト強化層2の画像における大部分のピクセルに比較的に低い階調値を持たせることによって、平均階調値が減らされる。このように、コントラスト強化層2の画像の色(全体的な諧調値が比較的に低い)が視覚上では、分析対象試料1の表層画像の色(全体的な諧調値が比較的に暗い)よりも暗くなり、それで、分析対象試料1の画像のエッジ輪郭をハイライトすることが可能である。 In other words, if there are two analysis target samples 1 each made of a different material, the two types of contrast enhancing layer 2 to be formed are formed of the same material for those analysis target samples 1. You may. However, in the two types of contrast strengthening layers 2, the ratio of the materials is different. For example, if the first material layer 21 of the contrast enhancing layer 2 is an aluminum oxide layer and the second material layer 22 is a hafnium oxide layer, when the material of the sample 1 to be analyzed is silicon oxide, the sample to be analyzed Since most of the plurality of pixels in the surface image of 1 have high gradation values and exhibit brighter colors, the number of layers of the second material layer 22 (hafnium oxide layer) in the contrast enhancing layer 2 is increased. That is, the elemental hafnium occupies a large proportion of the contrast enhancing layer 2, and the plurality of second material layers 22 are dispersed in different positions of the contrast enhancing layer 2 instead of being concentrated in a specific region. Therefore, the average gradation value is reduced by giving a relatively low gradation value to most of the pixels in the image of the contrast enhancement layer 2. As described above, the color of the image of the contrast enhancement layer 2 (the overall gradation value is relatively low) is visually the color of the surface layer image of the sample 1 to be analyzed (the overall gradation value is relatively dark). It is darker than, so it is possible to highlight the edge contours of the image of sample 1 to be analyzed.

例えば、分析対象試料1の材料がシリコンである時、分析対象試料1の画像では大部分のピクセルが比較的に低い階調値を有し、より暗い色を呈する。そのため、コントラスト強化層2における第1の材料層21(酸化アルミニウム層)の層の数を増加し、即ち、元素のアルミニウムがコントラスト強化層2に占める比率を増加し、かつ、複数の第1の材料層21はコントラスト強化層2の異なる位置に分散されるため、コントラスト強化層2の画像における大部分のピクセルに高い階調値を持たせることで、さらにコントラスト強化層2画像の平均階調値を高めることができ、このように、コントラスト強化層2画像の色は、視覚的に分析対象試料1の表層画像の色よりも明るくなる。 For example, when the material of the sample 1 to be analyzed is silicon, most of the pixels in the image of the sample 1 to be analyzed have a relatively low gradation value and exhibit a darker color. Therefore, the number of layers of the first material layer 21 (aluminum oxide layer) in the contrast strengthening layer 2 is increased, that is, the ratio of the elemental aluminum to the contrast strengthening layer 2 is increased, and the plurality of first materials are increased. Since the material layer 21 is dispersed at different positions of the contrast enhancement layer 2, by giving most of the pixels in the image of the contrast enhancement layer 2 high gradation values, the average gradation value of the contrast enhancement layer 2 image is further increased. In this way, the color of the contrast enhancement layer 2 image is visually brighter than the color of the surface layer image of the sample 1 to be analyzed.

ところで、特定の実施形態において、第1の材料層21における第1の元素の原子番号と第2の材料層22における第2の元素の原子番号との差は、20以上であることが好ましい。さらに好ましい実施形態において、第1の元素の原子番号と第2の元素の原子番号の間の差は40以上となる。また、特に好ましい実施形態において、第1の元素の原子番号と第2の元素の原子番号との差は70以上である。第1の元素の原子番号と第2の元素の原子番号との差が大きい程、コントラスト強化層2画像の平均階調値を制御できる範囲は広くなる。 By the way, in a specific embodiment, the difference between the atomic number of the first element in the first material layer 21 and the atomic number of the second element in the second material layer 22 is preferably 20 or more. In a more preferred embodiment, the difference between the atomic number of the first element and the atomic number of the second element is 40 or more. Further, in a particularly preferable embodiment, the difference between the atomic number of the first element and the atomic number of the second element is 70 or more. The larger the difference between the atomic number of the first element and the atomic number of the second element, the wider the range in which the average gradation value of the contrast enhancement layer 2 image can be controlled.

例えば、第1の材料層21を酸化アルミニウム層とし、第2の材料層22をハフニウム酸化物層とすれば、第1の元素(アルミニウム)の原子番号と第2の元素(ハフニウム)の原子番号との差は59であり、第1の材料層21と第2の材料層22の比率を調整することによって、コントラスト強化層2画像の平均階調値は0~150の範囲内で調整できる。 For example, if the first material layer 21 is an aluminum oxide layer and the second material layer 22 is a hafnium oxide layer, the atomic number of the first element (aluminum) and the atomic number of the second element (hafnium) are used. The difference from the above is 59, and the average gradation value of the contrast enhancing layer 2 image can be adjusted within the range of 0 to 150 by adjusting the ratio of the first material layer 21 and the second material layer 22.

なお、本発明に係る実施形態におけるコントラスト強化層2はさらに、第3の材料層を含んでもよい。第1の材料層21、第2の材料層22及び第3の材料層の比率を調整することによって、コントラスト強化層2画像の階調値を制御する。 The contrast strengthening layer 2 in the embodiment of the present invention may further include a third material layer. By adjusting the ratio of the first material layer 21, the second material layer 22, and the third material layer, the gradation value of the contrast enhancement layer 2 image is controlled.

また、図4に、第1の材料層21は分析対象試料1の表面に接続して、隣り合う任意の2層の第1の材料層21の間に第2の材料層22が設けられ、隣り合う任意の2層の第2の材料層22の間に第1の材料層21が設けられる構成が示されているが、本発明はこの例に制限されない。 Further, in FIG. 4, the first material layer 21 is connected to the surface of the sample 1 to be analyzed, and the second material layer 22 is provided between the first material layers 21 of any two adjacent layers. Although a configuration is shown in which the first material layer 21 is provided between the second material layers 22 of any two adjacent layers, the present invention is not limited to this example.

図5を参照されたい。図5は、本発明に係る他の実施形態のコントラスト強化層を示す局部拡大模式図である。本実施形態について、図4実施形態と同じ部材に同じ番号が付けられ、同じ構成については説明を繰り返さない。本実施形態に係るコントラスト強化層2において、第1の材料層21の層の数は、第2の材料層22の層の数よりも多い、詳細には、本実施形態に係るコントラスト強化層2において、2層の第1の材料層21が形成された後に、1層の第2の材料層22が形成されるように構成されるが、本発明はこの例に制限されない。他の実施形態において、3層の第1の材料層21が形成された後、2層の第2の材料層22が形成される構成となってもよい。 See FIG. FIG. 5 is a locally enlarged schematic view showing a contrast enhancing layer according to another embodiment of the present invention. Regarding the present embodiment, the same members as those in the fourth embodiment are numbered the same, and the description of the same configuration will not be repeated. In the contrast strengthening layer 2 according to the present embodiment, the number of layers of the first material layer 21 is larger than the number of layers of the second material layer 22, specifically, the contrast strengthening layer 2 according to the present embodiment. In, the invention is not limited to this example, although the first material layer 21 of the two layers is formed and then the second material layer 22 of the first layer is formed. In another embodiment, the structure may be such that after the first material layer 21 of the three layers is formed, the second material layer 22 of the two layers is formed.

第1の材料層21における第1の元素の原子番号が第2の材料層22における第2の元素の原子番号よりも小さい時、図4の実施形態に比べて、図5におけるコントラスト強化層2の画像における大部分のピクセルの階調値は比較的に高く、かつ明るい色(或いは、比較的に高い平均階調値)に形成される。 When the atomic number of the first element in the first material layer 21 is smaller than the atomic number of the second element in the second material layer 22, the contrast enhancing layer 2 in FIG. 5 is compared with the embodiment of FIG. The gradation values of most of the pixels in the image are relatively high and are formed in bright colors (or relatively high average gradation values).

図6を参照されたい。図6は、本発明に係るさらに他の実施形態のコントラスト強化層を示す局部拡大模式図である。本実施形態について、図4の実施形態と同じ部材に同じ番号が付けられ、同じ構成については説明を繰り返さない。本実施形態に係るコントラスト強化層2において、第1の材料層21の層の数は第2の材料層22の層の数よりも小さい。詳細には、本実施形態に係るコントラスト強化層2において、2層の第2の材料層22が形成されてから、1層の第1の材料層21が形成され、かつ、第2の材料層22が分析対象試料1の表面1sに接続される構成となるが、本発明はこの例に制限されない。 See FIG. FIG. 6 is a locally enlarged schematic view showing a contrast enhancing layer according to still another embodiment of the present invention. Regarding this embodiment, the same members as those in the embodiment of FIG. 4 are assigned the same number, and the description of the same configuration will not be repeated. In the contrast strengthening layer 2 according to the present embodiment, the number of layers of the first material layer 21 is smaller than the number of layers of the second material layer 22. Specifically, in the contrast enhancing layer 2 according to the present embodiment, after the second material layer 22 of the two layers is formed, the first material layer 21 of the first layer is formed and the second material layer is formed. 22 is connected to the surface 1s of the sample 1 to be analyzed, but the present invention is not limited to this example.

第1の材料層21における第1の元素の原子番号が第2の材料層22における第2の元素の原子番号よりも小さいとき、図4の実施形態に比べて、図6におけるコントラスト強化層2の画像における大部分のピクセルの階調値は比較的に低くなり、暗い色(或いは比較的に低い平均階調値)を呈する。 When the atomic number of the first element in the first material layer 21 is smaller than the atomic number of the second element in the second material layer 22, the contrast enhancing layer 2 in FIG. 6 is compared with the embodiment of FIG. Most of the pixels in the image have relatively low gradation values and exhibit dark colors (or relatively low average gradation values).

上記を踏まえて、第1の材料層21の材料と第2の材料層22の材料を決定した後、コントラスト強化層2における第1の材料層21の層の数と第2の材料層22の層の数を調整することによって、コントラスト強化層2の平均階調値を変更できるため、様々な分析対象試料1に適用することができる。 Based on the above, after determining the material of the first material layer 21 and the material of the second material layer 22, the number of layers of the first material layer 21 in the contrast strengthening layer 2 and the material of the second material layer 22 Since the average gradation value of the contrast enhancement layer 2 can be changed by adjusting the number of layers, it can be applied to various analysis target samples 1.

ところで、本発明に係る実施形態の物性分析方法はさらに、諧調値データベースを構築することを含んでもよい。諧調値データベースには、分析対象試料1の材料と分析対象試料1画像の平均階調値の対応関係と、コントラスト強化層2の材料とコントラスト強化層2画像の平均階調値との対応関係と、が含まれてもよい。例えば、諧調値データベースは異なる2種類の対照表、対照図またはそれらの組み合わせによって、上記のような対応関係を呈するようにしてもよいが、本発明はこの例に制限されない。 By the way, the physical property analysis method of the embodiment according to the present invention may further include constructing a tone value database. In the gradation value database, the correspondence between the material of the sample 1 to be analyzed and the average gradation value of the image of the sample 1 to be analyzed, and the correspondence between the material of the contrast enhancing layer 2 and the average gradation value of the image of the contrast enhancing layer 2 , May be included. For example, the gradation value database may exhibit the above correspondence by two different types of comparison tables, comparison diagrams, or a combination thereof, but the present invention is not limited to this example.

さらに言えば、コントラスト強化層2は複合フィルムであり、かつ、少なくとも第1の材料層21及び第2の材料層22となる場合、コントラスト強化層2の材料とコントラスト強化層2画像の平均階調値との間の対応関係は、コントラスト強化層2画像の平均階調値と第1の材料層21の層の数、または第2の材料層22の層の数との対応関係、或いは、コントラスト強化層2画像の平均階調値と第1の元素の濃度または第2の元素の濃度との対応関係を指してもよい。 Furthermore, when the contrast enhancing layer 2 is a composite film and becomes at least the first material layer 21 and the second material layer 22, the average gradation of the material of the contrast enhancing layer 2 and the image of the contrast enhancing layer 2 The correspondence between the values is the correspondence between the average gradation value of the contrast enhancement layer 2 image and the number of layers of the first material layer 21, the number of layers of the second material layer 22, or the contrast. Reinforcement layer 2 The correspondence between the average gradation value of the image and the concentration of the first element or the concentration of the second element may be pointed out.

次に、第1の材料層21を酸化アルミニウム層とし、第2の材料層22をハフニウム酸化物層とした例で、コントラスト強化層2画像の平均階調値と第1の元素または第2の元素の濃度との対応関係を説明する。なお、本発明はこの例に制限されない。コントラスト強化層2画像は電子顕微鏡を介して撮影できる。電子顕微鏡としては、例えば、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡または集束イオンビーム電子顕微鏡が挙げられる。本発明において、透過型電子顕微鏡による画像を例として、諧調値データベースの好ましい範例を説明する。 Next, in an example in which the first material layer 21 is an aluminum oxide layer and the second material layer 22 is a hafnium oxide layer, the average gradation value of the contrast enhancement layer 2 image and the first element or the second element are used. The correspondence with the concentration of the element will be explained. The present invention is not limited to this example. The contrast enhancement layer 2 image can be taken via an electron microscope. Examples of the electron microscope include a transmission electron microscope, a scanning electron microscope, and a focused ion beam electron microscope. In the present invention, a preferable paradigm of the gradation value database will be described by taking an image obtained by a transmission electron microscope as an example.

図7を参照されたい。図7は、本発明に係る特定の実施形態のコントラスト強化層を示す透過型電子顕微鏡の写真である。また、下記の表1は、図7におけるコントラスト強化層2A~2Eにおいて、アルミニウム層の数とハフニウム層の数との比率、及びコントラスト強化層2A~2Eの画像のそれぞれが対応する平均階調値の範囲を示している。アルミニウム層の数とアルミニウムの濃度とは正の相関を有し、ハフニウム層の数とハフニウムの濃度とは正の相関を有する。 See FIG. 7. FIG. 7 is a photograph of a transmission electron microscope showing a contrast enhancing layer of a specific embodiment according to the present invention. Further, Table 1 below shows the ratio of the number of aluminum layers to the number of hafnium layers in the contrast enhancing layers 2A to 2E in FIG. 7, and the average gradation values corresponding to each of the images of the contrast enhancing layers 2A to 2E. Shows the range of. The number of aluminum layers and the concentration of aluminum have a positive correlation, and the number of hafnium layers and the concentration of hafnium have a positive correlation.

Figure 0007060742000002
Figure 0007060742000002

上記の表1及び図7を見ると、コントラスト強化層2Aにおけるハフニウム層の数を零にすることによって、コントラスト強化層2Aの画像における大部分のピクセルに比較的に高い階調値を持たせるようになる。そのため、コントラスト強化層2Aの画像は最も高い平均階調値を有し、比較的に明るい色を呈する。なお、アルミニウム層の数に対してハフニウム層の数が増加すると平均階調値は段々低くなる。その結果、コントラスト強化層2Eの画像における大部分のピクセルは比較的に低い階調値を有する。そのため、コントラスト強化層2Eの画像は最も低い平均階調値を有し、暗い色を呈する。 Looking at Table 1 and FIG. 7 above, by setting the number of hafnium layers in the contrast enhancement layer 2A to zero, most of the pixels in the image of the contrast enhancement layer 2A have relatively high gradation values. become. Therefore, the image of the contrast enhancing layer 2A has the highest average gradation value and exhibits a relatively bright color. As the number of hafnium layers increases with respect to the number of aluminum layers, the average gradation value gradually decreases. As a result, most of the pixels in the image of the contrast enhancement layer 2E have relatively low gradation values. Therefore, the image of the contrast enhancing layer 2E has the lowest average gradation value and exhibits a dark color.

同様に、第1の材料層21と第2の材料層22はそれぞれ他の材料で構成された場合、電子顕微鏡で異なる配合を有する複数の含コントラスト強化層2の画像を撮影することによって、異なる配合のコントラスト強化層2が対応した平均階調値を得ることができ、それでさらに諧調値データベースを構築することができる。このように、コントラスト強化層2を形成するステップ(S12)の前、コントラスト強化層2画像の平均階調値と分析対象試料1の表層画像の階調値との差を50位以上にするために、諧調値データベースに基づいて、前記第1の材料層の層の数と前記第2の材料層の層の数の比率を確定してもよい。 Similarly, when the first material layer 21 and the second material layer 22 are each composed of other materials, they differ by taking images of a plurality of contrast-containing enhanced layers 2 having different formulations with an electron microscope. The contrast enhancing layer 2 of the compound can obtain the corresponding average gradation value, and the gradation value database can be further constructed. In this way, before the step (S12) of forming the contrast enhancing layer 2, the difference between the average gradation value of the contrast enhancing layer 2 image and the gradation value of the surface layer image of the sample 1 to be analyzed is set to the 50th place or more. In addition, the ratio of the number of layers of the first material layer to the number of layers of the second material layer may be determined based on the gradation value database.

特定の実施形態において、コントラスト強化層2は原子層蒸着プロセスで形成されてもよい。即ち、コントラスト強化層2が原子層蒸着膜である。上記に示すように、分析対象試料1における微小構造体11のそれぞれの寸法はミクロンスケールまたはナノメートルスケールであるため、他の化学的蒸着プロセスや物理的蒸着プロセスと比較して、原子層蒸着プロセスで形成されたコントラスト強化層2は、段差被覆性が高く、厚みの均一性が良好である。このようにすることで、段差被覆性が悪いために分析対象試料1の表面輪郭を物性分析する時に明確に把握できないことを回避することができる。 In certain embodiments, the contrast enhancing layer 2 may be formed by an atomic layer deposition process. That is, the contrast enhancing layer 2 is an atomic layer vapor deposition film. As shown above, since the respective dimensions of the microstructure 11 in the sample 1 to be analyzed are micron scale or nanometer scale, the atomic layer deposition process is compared with other chemical vapor deposition processes and physical vapor deposition processes. The contrast strengthening layer 2 formed in 1 has a high step covering property and a good thickness uniformity. By doing so, it is possible to avoid being unable to clearly grasp the surface contour of the sample 1 to be analyzed when the physical properties are analyzed due to the poor step covering property.

好ましい実施形態において、物性分析試料を作製するステップS1は、コントラスト強化層2を形成する前に、分析対象試料1に対して熱処理または表面変性処理を行うステップをさらに含んでもよい。前記の表面改質処理は例えばプラズマまたはUV光で分析対象試料1の表面1sに変性処理を行うことによって、分析対象試料1の表面1sに遊離基を形成させる。遊離基は、例えば、酸素ラジカル(oxygenradicals)、窒素ラジカル(nitrogenradicals)またはヒドロキシルラジカル(hydroxylradicals)であり、遊離基は、原子層蒸着プロセスのプロセス温度を下げるための化学反応の生成に役立つ。特定の実施形態において、原子層蒸着プロセスを行うことでコントラスト強化層2を形成する際、プロセス温度は40℃~200℃である。また、表面改質処理を行ってから、コントラスト強化層2を形成することによって、コントラスト強化層2の付着力を高めることができる。 In a preferred embodiment, the step S1 for preparing the physical property analysis sample may further include a step of heat-treating or surface-modifying the sample 1 to be analyzed before forming the contrast-enhanced layer 2. In the surface modification treatment, for example, the surface 1s of the sample 1 to be analyzed is modified with plasma or UV light to form free radicals on the surface 1s of the sample 1 to be analyzed. Free radicals are, for example, oxygen radicals, nitrogen radicals or hydroxyl radicals, which help generate chemical reactions to lower the process temperature of the atomic layer deposition process. In a particular embodiment, when the contrast-enhanced layer 2 is formed by performing an atomic layer deposition process, the process temperature is 40 ° C to 200 ° C. Further, by forming the contrast enhancing layer 2 after performing the surface modification treatment, the adhesive force of the contrast enhancing layer 2 can be enhanced.

本実施形態において、原子層蒸着プロセスによってコントラスト強化層2を形成するステップでは、分析対象試料1をコーティングチャンバーに置く。コーティングキャビティ内で、第1の元素前駆体ガス、洗浄ガス及び第1の反応ガスを順に出入りさせて、1層の第1の材料層21を形成する。コーティングキャビティ内で、第2の元素前駆体ガス、洗浄ガス及び第2の反応ガスを順に出入りさせて、1層の第2の材料層22を形成する。 In the present embodiment, in the step of forming the contrast enhancing layer 2 by the atomic layer deposition process, the sample 1 to be analyzed is placed in the coating chamber. In the coating cavity, the first elemental precursor gas, the cleaning gas, and the first reaction gas are sequentially moved in and out to form the first material layer 21 of one layer. In the coating cavity, the second element precursor gas, the cleaning gas and the second reaction gas are sequentially moved in and out to form the second material layer 22 of one layer.

詳細には、図4に示されたコントラスト強化層2を例として、分析対象試料1をコーティングキャビティに置いて、コーティングキャビティを真空にした後、コーティングキャビティ内で、(1)第1の元素前駆体ガス、(2)洗浄ガス、(3)第1の反応ガス、(4)洗浄ガス、(5)第2の元素前駆体ガス、(6)洗浄ガス、(7)第2の反応ガス、及び(8)洗浄ガスを順に送気することによって、少なくとも1層の第1の材料層21と少なくとも1層の第2の材料層22を形成する。その後、コントラスト強化層2が所定の厚さに形成させるまで、前記(1)~(8)を順に繰り返して、交互的に第1の材料層21と第2の材料層22とを形成する。
なお、第1の元素前駆体ガス、洗浄ガス、第1の反応ガス、及び第2の元素前駆体ガスまたは第2の反応ガスを順に送気すると共に、排気管路を介して、コーティングキャビティ内における残りのガスをコーティングキャビティ外に排気する。本発明に係る実施形態において、排気管路の管径を増大させることによって、排気の速度を高めることができる。さらに言えば、排気管路の管径を増大させることで、排気速度は、反応ガス(第1のまたは第2の反応ガス)の送気速度の8倍以上であることが好ましい。
Specifically, taking the contrast enhancing layer 2 shown in FIG. 4 as an example, the sample 1 to be analyzed is placed in the coating cavity, the coating cavity is evacuated, and then, in the coating cavity, (1) the first element precursor. Body gas, (2) cleaning gas, (3) first reaction gas, (4) cleaning gas, (5) second element precursor gas, (6) cleaning gas, (7) second reaction gas, And (8) by sequentially insufflating the cleaning gas, at least one first material layer 21 and at least one second material layer 22 are formed. After that, the steps (1) to (8) are repeated in order until the contrast enhancing layer 2 is formed to have a predetermined thickness, and the first material layer 21 and the second material layer 22 are alternately formed.
The first element precursor gas, the cleaning gas, the first reaction gas, and the second element precursor gas or the second reaction gas are sequentially supplied, and the inside of the coating cavity is passed through the exhaust pipe. Exhaust the remaining gas in the coating cavity out of the coating cavity. In the embodiment of the present invention, the exhaust speed can be increased by increasing the pipe diameter of the exhaust pipe line. Furthermore, by increasing the pipe diameter of the exhaust pipeline, the exhaust speed is preferably 8 times or more the air supply speed of the reaction gas (first or second reaction gas).

また、第1の材料層21を酸化アルミニウム層とし、第2の材料層22をハフニウム酸化物層とする場合、第1の反応ガスと第2の反応ガスは同じである。特定の実施形態において、第1の反応ガスと第2の反応ガスは同じ反応ガス送気管路を介して、コーティングキャビティに送気してもよい。本発明に係る実施形態において、反応ガス送気管路の管径を増大することによって、第1の反応ガスまたは第2の反応ガスの単位時間内での送気量を高めることができる。好ましい実施形態において、第1の元素前駆体ガスの送気速度と第1の反応ガスの送気速度との比の値は、0.7~1.5であってもよく、第2の元素前駆体ガスの送気速度と第2の反応ガスの送気速度との比の値は0.7~1.5であってもよい。このように、蒸着率を向上させるのみならず、蒸着する際にコーティングキャビティへの汚染を減らすこともできる。 Further, when the first material layer 21 is an aluminum oxide layer and the second material layer 22 is a hafnium oxide layer, the first reaction gas and the second reaction gas are the same. In certain embodiments, the first reaction gas and the second reaction gas may be delivered to the coating cavity through the same reaction gas supply line. In the embodiment of the present invention, by increasing the pipe diameter of the reaction gas air supply pipeline, the amount of air supplied from the first reaction gas or the second reaction gas within a unit time can be increased. In a preferred embodiment, the value of the ratio of the air supply rate of the first element precursor gas to the air supply rate of the first reaction gas may be 0.7 to 1.5, and the second element. The value of the ratio of the air supply rate of the precursor gas to the air supply rate of the second reaction gas may be 0.7 to 1.5. In this way, not only can the vapor deposition rate be improved, but also contamination of the coating cavity during vapor deposition can be reduced.

また、本発明に係る実施形態において、物性分析試料を作製するステップ(S1)はさらに、保護層をコントラスト強化層に形成させるステップを含んでもよい。
図8を参照されたい。図8は、本発明に係る他の実施形態の物性分析試料を示す局部断面模式図である。直前の実施形態における物性分析試料M1に比べて、本実施形態に係る物性分析試料M2はさらに保護層3を含む。分析対象試料1を保護するために、保護層3はコントラスト強化層2に配置される。保護層3は、導電層または絶縁層である。さらに言えば、保護層3の材料としては、例えば、アルミニウム、酸化アルミニウム、またはエポキシ樹脂等が挙げられるが、これらの例に制限されない。特定の実施形態において、静電気の蓄積による物性分析試料M2の破壊を防ぐために、保護層3は導電層であってもよい。
Further, in the embodiment of the present invention, the step (S1) for preparing the physical property analysis sample may further include a step of forming the protective layer into the contrast enhancing layer.
See FIG. FIG. 8 is a schematic local cross-sectional view showing a physical characteristic analysis sample of another embodiment according to the present invention. Compared with the physical property analysis sample M1 in the immediately preceding embodiment, the physical property analysis sample M2 according to the present embodiment further includes a protective layer 3. In order to protect the sample 1 to be analyzed, the protective layer 3 is arranged on the contrast enhancing layer 2. The protective layer 3 is a conductive layer or an insulating layer. Furthermore, examples of the material of the protective layer 3 include, but are not limited to, aluminum, aluminum oxide, epoxy resin, and the like. In a specific embodiment, the protective layer 3 may be a conductive layer in order to prevent the physical property analysis sample M2 from being destroyed by the accumulation of static electricity.

保護層3の厚さは、コントラスト強化層2の厚さよりも大きい。特定の実施形態において、保護層3の厚さは100nm~3μmである。また、保護層3は、物理的蒸着、化学的蒸着、コーティング、その他の既存プロセスによってコントラスト強化層2に形成されることが可能であるが、本発明はこの例に制限されない。 The thickness of the protective layer 3 is larger than the thickness of the contrast enhancing layer 2. In certain embodiments, the protective layer 3 has a thickness of 100 nm to 3 μm. Further, the protective layer 3 can be formed on the contrast strengthening layer 2 by physical vapor deposition, chemical vapor deposition, coating, or other existing processes, but the present invention is not limited to this example.

図9を参照されたい。図9は、本発明に係る特定の実施形態の物性分析試料を示す透過型電子顕微鏡の写真である。上記に示すように、コントラスト強化層2の材料は、単一の元素の酸化物、窒化物または窒素酸化物であってもよいが、2種類以上の元素の酸化物、窒化物または窒素酸化物であってもよい。コントラスト強化層2画像の平均階調値と分析対象試料1の表層画像の平均階調値との差が50以上であれば、本発明の効果を達成することができる。本実施形態において、分析対象試料1の材料はシリコンであり、コントラスト強化層2の材料は酸化チタン(TiOx)である。図9に示すような透過型電子顕微鏡の写真を見ると、分析対象試料1の表層画像における大部分のピクセルは比較的に低い階調値を有し、より暗い色を呈し、一方、コントラスト強化層2の画像における大部分のピクセルは比較的に高い階調値を有し、より明るい色を呈し、それによって、分析対象試料1のエッジコントラスト及びエッジ尖鋭度を強調することができる。 See FIG. FIG. 9 is a photograph of a transmission electron microscope showing a physical characteristic analysis sample of a specific embodiment according to the present invention. As shown above, the material of the contrast enhancing layer 2 may be a single element oxide, a nitride or a nitrogen oxide, but two or more elemental oxides, a nitride or a nitrogen oxide. It may be. The effect of the present invention can be achieved if the difference between the average gradation value of the contrast enhancing layer 2 image and the average gradation value of the surface layer image of the sample 1 to be analyzed is 50 or more. In the present embodiment, the material of the sample 1 to be analyzed is silicon, and the material of the contrast enhancing layer 2 is titanium oxide (diox). Looking at the photograph of the transmissive electron microscope as shown in FIG. 9, most of the pixels in the surface image of the sample 1 to be analyzed have a relatively low gradation value and exhibit a darker color, while the contrast is enhanced. Most of the pixels in the image of layer 2 have relatively high gradation values and exhibit brighter colors, which can enhance the edge contrast and edge sharpness of the sample 1 to be analyzed.

図10を参照されたい。図10は、本発明に係るさらに他の実施形態の物性分析試料を示す透過型電子顕微鏡の写真である。本実施形態において、分析対象試料1は酸化シリコンであり、コントラスト強化層2の材料は、酸化ハフニウム(HfOx)である。図10に示す透過型電子顕微鏡の写真を見ると、分析対象試料1の画像における大部分のピクセルは比較的に高い階調値を有し、より明るい色を呈し、一方、コントラスト強化層2の画像における大部分のピクセルは比較的に低い階調値を有し、暗い色を呈し、それによって、分析対象試料1のエッジコントラスト及びエッジ尖鋭度を強調することができる。
[実施形態による有益な効果]
See FIG. FIG. 10 is a photograph of a transmission electron microscope showing a physical characteristic analysis sample of still another embodiment according to the present invention. In the present embodiment, the sample 1 to be analyzed is silicon oxide, and the material of the contrast enhancing layer 2 is hafnium oxide (HfOx). Looking at the photograph of the transmissive electron microscope shown in FIG. 10, most of the pixels in the image of the sample 1 to be analyzed have relatively high gradation values and exhibit brighter colors, while the contrast enhancing layer 2 has a relatively high gradation value. Most of the pixels in the image have relatively low gradation values and exhibit a dark color, which can enhance the edge contrast and edge sharpness of the sample 1 to be analyzed.
[Benefitful effect of the embodiment]

本発明による有益な効果の1つとしては、本発明が提供する物性分析方法、物性分析試料及びその作製方法は、「コントラスト強化層2を前記分析対象試料の表面に形成させる」及び「電子顕微鏡で撮影した分析対象試料1画像の階調値とコントラスト強化層2画像の階調値との差は50以上である」という技術的手段によって、分析対象試料を保護できるほか、さらに分析対象試料画像においてエッジのコントラスト及び尖鋭度を高めることができ、検出と分析の時間コストを削減できる。
さらに言えば、コントラスト強化層2は少なくとも2層の材料層を含む複合フィルムであってもよい。少なくとも2層の材料層は、例えば、互いに積み重ねた複数の第1の材料層21及び複数の第2の材料層22であり、かつ、複数の第1の材料層21と複数の第2の材料層22における各層の厚さは0.1nm以下である。交互に形成された複数層の第1の材料層21と複数層の第2の材料層22によって、コントラスト強化層2における第1の材料層21と第2の材料層22との比率を変更することによって、コントラスト強化層2の画像に視覚上の諧調表示効果を持たせることができ、このように、様々な材料で形成された分析対象試料1に対応することができる。
As one of the beneficial effects of the present invention, the physical property analysis method, the physical property analysis sample and the method for producing the same provided by the present invention include "forming the contrast enhancing layer 2 on the surface of the analysis target sample" and "electron microscope". The difference between the gradation value of the analysis target sample 1 image taken in 1 and the gradation value of the contrast enhancement layer 2 image is 50 or more. ”In addition to protecting the analysis target sample, the analysis target sample image can be further protected. Edge contrast and sharpness can be increased and the time cost of detection and analysis can be reduced.
Furthermore, the contrast enhancing layer 2 may be a composite film including at least two material layers. The at least two material layers are, for example, a plurality of first material layers 21 and a plurality of second material layers 22 stacked on each other, and a plurality of first material layers 21 and a plurality of second materials. The thickness of each layer in the layer 22 is 0.1 nm or less. The ratio of the first material layer 21 and the second material layer 22 in the contrast strengthening layer 2 is changed by the first material layer 21 of the plurality of layers and the second material layer 22 of the plurality of layers alternately formed. This makes it possible to give the image of the contrast enhancing layer 2 a visual tone display effect, and thus can correspond to the sample 1 to be analyzed made of various materials.

即ち、第1の材料層21と第2の材料層22の比率を調整することによって、コントラスト強化層2画像の平均階調値は、特定の範囲内に調整されることが可能であり、それによって、平均階調値の異なる分析対象試料1画像のエッジでのコントラスト及びエッジでの尖鋭度を強調することに対応することができる。このように、異なる平均階調値を有する様々な分析対象試料1画像に対応するために、多種材料のコントラスト強化層2の製造プロセスを開発することはない。
また、本発明に係る特定の実施形態的物性分析方法において、さらに第1の材料層21の層の数と第2の材料層22の層の数の比率、及び積み重ねる方式を決める参照となるために、諧調値データベースを構築する。それによって、コントラスト強化層2画像の平均階調値と分析対象試料1の表層画像の平均階調値との差を50以上にする。それにより、分析対象試料1の種類に応じて、コントラスト強化層2の作製方式を素早く決定でき、コントラスト強化層2の開発スケジュールを短くすることができる。
That is, by adjusting the ratio of the first material layer 21 and the second material layer 22, the average gradation value of the contrast enhancement layer 2 image can be adjusted within a specific range. Therefore, it is possible to enhance the contrast at the edge and the sharpness at the edge of the sample 1 image to be analyzed having different average gradation values. As described above, in order to deal with various images of the sample 1 to be analyzed having different average gradation values, it is not necessary to develop a manufacturing process of the contrast enhancing layer 2 made of various materials.
Further, in the specific embodiment physical property analysis method according to the present invention, it serves as a reference for further determining the ratio of the number of layers of the first material layer 21 to the number of layers of the second material layer 22 and the method of stacking. To build a tone value database. As a result, the difference between the average gradation value of the contrast enhanced layer 2 image and the average gradation value of the surface layer image of the analysis target sample 1 is set to 50 or more. Thereby, the method for producing the contrast-enhanced layer 2 can be quickly determined according to the type of the sample 1 to be analyzed, and the development schedule of the contrast-enhanced layer 2 can be shortened.

以上に開示される内容は、好ましい本発明の可能な実施形態に過ぎず、発明の範囲を限定することを意図していない。そのため、本発明の明細書及び図面でなされた均等的な技術的変形は、全て本発明の請求の範囲に含まれるものである。 The contents disclosed above are merely possible embodiments of the present invention and are not intended to limit the scope of the invention. Therefore, all the uniform technical modifications made in the specification and drawings of the present invention are included in the claims of the present invention.

M1,M2:物性分析試料
1:分析対象試料
1s:表面
10:ベース
11:微小構造体
2,2A-2E:コントラスト強化層
21:第1の材料層
22:第2の材料層
3:保護層
S1,S11,S12,S2:プロセスステップ
M1, M2: Physical property analysis sample 1: Analysis target sample 1s: Surface 10: Base 11: Microstructure 2, 2A-2E: Contrast strengthening layer 21: First material layer 22: Second material layer 3: Protective layer S1, S11, S12, S2: Process step

Claims (28)

分析対象試料を提供し、
前記分析対象試料の材料に基づいて、コントラスト強化層を前記分析対象試料の表面に形成し、
透過型電子顕微鏡によって撮影した表層画像の平均階調値と前記コントラスト強化層画像の平均階調値との差が50以上である、ことを特徴とする物性分析試料の作製方法。
Provide the sample to be analyzed,
Based on the material of the sample to be analyzed, a contrast enhancing layer is formed on the surface of the sample to be analyzed.
A method for producing a physical property analysis sample, characterized in that the difference between the average gradation value of a surface layer image taken by a transmission electron microscope and the average gradation value of the contrast enhanced layer image is 50 or more .
前記コントラスト強化層を形成する前に、前記分析対象試料に対して熱処理または表面改質処理を行う、請求項1に記載の物性分析試料の作製方法。 The method for producing a physical characteristic analysis sample according to claim 1, wherein the sample to be analyzed is heat-treated or surface-modified before the contrast-enhanced layer is formed. 前記表面改質処理を行うには、プラズマまたは紫外光で前記分析対象試料を処理する、請求項2に記載の物性分析試料の作製方法。 The method for producing a physical characteristic analysis sample according to claim 2, wherein the surface modification treatment is performed by treating the sample to be analyzed with plasma or ultraviolet light. 保護層を前記コントラスト強化層に形成させ、前記保護層は導電層または絶縁層である、請求項1に記載の物性分析試料の作製方法。 The method for producing a physical characteristic analysis sample according to claim 1, wherein the protective layer is formed on the contrast strengthening layer, and the protective layer is a conductive layer or an insulating layer. 前記コントラスト強化層の厚さは、2nm~30nmである、請求項1に記載の物性分析試料の作製方法。 The method for producing a physical characteristic analysis sample according to claim 1, wherein the thickness of the contrast enhancing layer is 2 nm to 30 nm. 前記コントラスト強化層は原子層蒸着プロセスで形成され、かつ、プロセス温度は40℃~200℃である、請求項1に記載の物性分析試料の作製方法。 The method for producing a physical characteristic analysis sample according to claim 1, wherein the contrast-enhanced layer is formed by an atomic layer deposition process and the process temperature is 40 ° C to 200 ° C. 前記コントラスト強化層は、互いに積み重ねた複数の第1の材料層及び複数の第2の材料層を含み、前記第1の材料層と前記第2の材料層との材料が異なっており、かつ、複数の前記第1の材料層と複数の前記第2の材料層における各層の厚さは0.1nm以下であり、前記第1の材料層の材料は、第1の元素の酸化物、炭化物、窒化物または窒素酸化物であり、前記第2の材料層の材料は、第2の元素の酸化物、炭化物、窒化物または窒素酸化物であり、前記第1の元素の原子番号と前記第2の元素の原子番号との差は、20以上である、請求項1に記載の物性分析試料の作製方法。 The contrast enhancing layer includes a plurality of first material layers and a plurality of second material layers stacked on each other, and the materials of the first material layer and the second material layer are different, and the material of the first material layer is different from that of the second material layer. The thickness of each of the plurality of the first material layers and the plurality of the second material layers is 0.1 nm or less, and the material of the first material layer is an oxide, a carbide, a first element element. It is a nitride or a nitrogen oxide, and the material of the second material layer is an oxide, a carbide, a nitride or a nitrogen oxide of the second element, and the atomic number of the first element and the second element. The method for producing a physical property analysis sample according to claim 1, wherein the difference from the atomic number of the element is 20 or more. 前記第1の元素及び前記第2の元素のそれぞれは、金属元素、非金属元素及びそれらの任意の組み合わせからなる群から選ばれる、請求項7に記載の物性分析試料の作製方法。 The method for producing a physical characteristic analysis sample according to claim 7, wherein each of the first element and the second element is selected from the group consisting of metal elements, non-metal elements and arbitrary combinations thereof. 前記金属元素はアルミニウム、ハフニウム、チタン、プラチナ、インジウム、スズ、ジルコニウム、ガリウム、モリブデン、またはタンタルから選ばれるものであり、かつ、前記非金属元素は、シリコン、ホウ素、セレン、テルルまたはヒ素から選ばれるものである、請求項に記載の物性分析試料の作製方法。 The metal element is selected from aluminum, hafnium, titanium, platinum, indium, tin, zirconium, gallium, molybdenum, or tantalum, and the non-metal element is selected from silicon, boron, selenium, tellurium, or arsenic. The method for producing a physical property analysis sample according to claim 8 . 前記コントラスト強化層は、原子層蒸着プロセスで形成され、かつ、前記原子層蒸着プロセスによって前記コントラスト強化層を形成する方法は、
前記分析対象試料をコーティングキャビティに仕込み、
前記コーティングキャビティ内に第1の元素前駆体ガス、洗浄ガス及び第1の反応ガスを順に送気・排気することによって、前記第1の材料層の中の1層を形成させ、
前記コーティングキャビティ内に第2の元素前駆体ガス、前記洗浄ガス及び第2の反応ガスを順に送気・排気することによって、前記第2の材料層の中の1層を形成させ、
前記第1の元素前駆体ガス、前記洗浄ガス、第1の反応ガス、前記第2の元素前駆体ガス及び前記第2の反応ガスはいずれも排気管路を介して、特定の排気速度で前記コーティングキャビティ外に排出し、かつ、前記排気速度は前記第1の反応ガスの送気速度及び前記第2の反応ガスの送気速度の8倍以上である、請求項に記載の物性分析試料の作製方法。
The contrast-enhanced layer is formed by an atomic layer vapor deposition process, and the method of forming the contrast-enhanced layer by the atomic layer vapor deposition process is as follows.
The sample to be analyzed is charged into the coating cavity and
By supplying and exhausting the first element precursor gas, the cleaning gas and the first reaction gas in this order in the coating cavity, one layer in the first material layer is formed.
A second element precursor gas, a cleaning gas, and a second reaction gas are sequentially supplied and exhausted into the coating cavity to form one layer in the second material layer.
The first element precursor gas, the cleaning gas, the first reaction gas, the second element precursor gas and the second reaction gas are all transmitted through the exhaust pipeline at a specific exhaust rate. The physical characteristic analysis sample according to claim 7 , wherein the exhaust gas is discharged to the outside of the coating cavity and the exhaust gas is 8 times or more the air supply rate of the first reaction gas and the air supply rate of the second reaction gas. How to make.
前記第1の反応ガスと前記第2の反応ガスは同じであり、かつ、いずれも反応ガス送気管路を介して前記コーティングキャビティ内に送気するように構成され、前記第1の元素前駆体ガスの送気速度と前記第1の反応ガスの送気速度との比の値が0.7~1.5であるか、または、前記第2の元素前駆体ガスの送気速度と第2の反応ガスの送気速度との比の値が0.7~1.5である、請求項10に記載の物性分析試料の作製方法。 The first reaction gas and the second reaction gas are the same, and both are configured to supply air into the coating cavity through the reaction gas air supply conduit, and the first element precursor. The value of the ratio of the air supply rate of the gas to the air supply rate of the first reaction gas is 0.7 to 1.5, or the air supply rate of the second element precursor gas and the second The method for producing a physical characteristic analysis sample according to claim 10 , wherein the value of the ratio of the reaction gas to the air supply rate of the reaction gas is 0.7 to 1.5. 分析対象試料及びコントラスト強化層を備え、
前記コントラスト強化層が前記分析対象試料の表面に配置され、透過型電子顕微鏡によって撮影した前記分析対象試料の表層画像の平均階調値と前記コントラスト強化層画像の平均階調値との差は50以上である、ことを特徴とする物性分析試料。
Equipped with a sample to be analyzed and a contrast-enhanced layer
The contrast-enhanced layer is arranged on the surface of the analysis target sample, and the difference between the average gradation value of the surface layer image of the analysis target sample and the average gradation value of the contrast-enhanced layer image taken by a transmission electron microscope is 50. The physical property analysis sample characterized by the above.
前記コントラスト強化層に配置され、導電層または絶縁層である保護層をさらに備える、請求項12に記載の物性分析試料。 The physical characteristic analysis sample according to claim 12, further comprising a protective layer which is arranged in the contrast enhancing layer and is a conductive layer or an insulating layer. 前記コントラスト強化層の厚さは、2nm~30nmである、請求項12に記載の物性分析試料。 The physical characteristic analysis sample according to claim 12, wherein the thickness of the contrast enhancing layer is 2 nm to 30 nm. 前記コントラスト強化層は原子層蒸着膜である、請求項12に記載の物性分析試料。 The physical characteristic analysis sample according to claim 12, wherein the contrast enhancing layer is an atomic layer vapor-deposited film. 前記コントラスト強化層は、互いに積み重ねた複数の第1の材料層及び複数の第2の材料層を含み、前記第1の材料層と前記第2の材料層との材料が異なっており、複数の前記第1の材料層と複数の前記第2の材料層における各層の厚さは0.1nm以下であり、前記第1の材料層の材料は第1の元素の酸化物、炭化物、窒化物または窒素酸化物であり、前記第2の材料層の材料は第2の元素の酸化物、炭化物、窒化物または窒素酸化物であり、かつ、前記第1の元素の原子番号と前記第2の元素の原子番号との差は20以上である、請求項12に記載の物性分析試料。 The contrast enhancing layer includes a plurality of first material layers and a plurality of second material layers stacked on each other, and the materials of the first material layer and the second material layer are different, and the plurality of materials are different. The thickness of each layer in the first material layer and the plurality of the second material layers is 0.1 nm or less, and the material of the first material layer is an oxide, a carbide, a nitride or the like of the first element. It is a nitrogen oxide, and the material of the second material layer is an oxide, a carbide, a nitride or a nitrogen oxide of the second element, and the atomic number of the first element and the second element. The physical property analysis sample according to claim 12, wherein the difference from the atomic number of the above is 20 or more. 前記第1の元素及び前記第2の元素はそれぞれ金属元素、非金属元素及びそれらの任意の組み合わせからなる群から選ばれる、請求項16に記載の物性分析試料。 The physical characteristic analysis sample according to claim 16, wherein the first element and the second element are selected from the group consisting of metallic elements, non-metallic elements, and arbitrary combinations thereof, respectively. 前記金属元素はアルミニウム、ハフニウム、チタン、プラチナ、インジウム、スズ、ジルコニウム、ガリウム、モリブデン、またはタンタルから選ばれるものであり、かつ、前記非金属元素は、シリコン、ホウ素、セレン、テルルまたはヒ素から選ばれるものである、請求項17に記載の物性分析試料。 The metal element is selected from aluminum, hafnium, titanium, platinum, indium, tin, zirconium, gallium, molybdenum, or tantalum, and the non-metal element is selected from silicon, boron, selenium, tellurium, or arsenic. The physical property analysis sample according to claim 17. 分析対象試料を提供し、前記分析対象試料の材料に基づいて、コントラスト強化層を前記分析対象試料の表面に形成させるように、物性分析試料を作製し、
透過型電子顕微鏡によって前記物性分析試料の画像を撮像し、前記物性分析試料の画像にコントラスト強化層画像と分析対象試料画像が含まれ、
前記コントラスト強化層画像の平均階調値と前記分析対象試料の表層画像の平均階調値との差が50以上である、ことを特徴とする物性分析方法。
A sample to be analyzed is provided, and a sample for physical property analysis is prepared so that a contrast enhancing layer is formed on the surface of the sample to be analyzed based on the material of the sample to be analyzed.
An image of the physical property analysis sample is imaged by a transmission electron microscope, and the image of the physical property analysis sample includes a contrast-enhanced layer image and an image of the sample to be analyzed.
A method for analyzing physical properties, characterized in that the difference between the average gradation value of the contrast-enhanced layer image and the average gradation value of the surface layer image of the sample to be analyzed is 50 or more.
前記コントラスト強化層は複合フィルムであると共に、互いに積み重ねた複数の第1の材料層及び複数の第2の材料層を含み、前記第1の材料層と前記第2の材料層との材料が異なっており、かつ、複数の前記第1の材料層と複数の前記第2の材料層における各層の厚さは0.1nm以下である、請求項19に記載の物性分析方法。 The contrast-enhancing layer is a composite film and includes a plurality of first material layers and a plurality of second material layers stacked on each other, and the materials of the first material layer and the second material layer are different. The physical property analysis method according to claim 19, wherein the thickness of each layer in the plurality of the first material layers and the plurality of the second material layers is 0.1 nm or less. 前記第1の材料層の材料は、第1の元素の酸化物、炭化物、窒化物または窒素酸化物であり、前記第2の材料層の材料は、第2の元素の酸化物、炭化物、窒化物または窒素酸化物であり、かつ、前記第1の元素の原子番号と前記第2の元素の原子番号との差は20以上である、請求項20に記載の物性分析方法。 The material of the first material layer is an oxide, a carbide, a nitride or a nitrogen oxide of the first element, and the material of the second material layer is an oxide, a carbide, a nitride of the second element. The physical property analysis method according to claim 20, wherein the substance or a nitrogen oxide is used, and the difference between the atomic number of the first element and the atomic number of the second element is 20 or more. 少なくとも前記分析対象試料の材料と前記分析対象試料画像の平均階調値との対応関係、及び前記コントラスト強化層の材料と前記コントラスト強化層画像の平均階調値との対応関係が記憶される諧調値データベースをさらに構築する、請求項19に記載の物性分析方法。 At least the correspondence between the material of the sample to be analyzed and the average gradation value of the sample image to be analyzed and the correspondence between the material of the contrast enhancing layer and the average gradation value of the contrast enhancing layer image are stored. The physical property analysis method according to claim 19, further constructing a value database. 前記コントラスト強化層は複合フィルムであると共に、互いに積み重ねた複数の第1の材料層及び複数の第2の材料層を含み、かつ、前記コントラスト強化層の材料と前記コントラスト強化層画像の階調値との対応関係は、前記コントラスト強化層画像の階調値と前記第1の材料層の層の数または第2の材料層の層の数との対応関係であり、かつ、前記物性分析方法はさらに、
前記コントラスト強化層を形成する前に前記諧調値データベースを参照して、前記第1の材料層の層の数と前記第2の材料層の層の数の比率を決定することによって、前記コントラスト強化層画像の階調値と前記分析対象試料画像の階調値との差を50以上となるように制御する、請求項22に記載の物性分析方法。
The contrast-enhanced layer is a composite film, includes a plurality of first material layers and a plurality of second material layers stacked on each other, and has gradation values of the material of the contrast-enhanced layer and the contrast-enhanced layer image. The correspondence with the above is the correspondence between the gradation value of the contrast enhanced layer image and the number of layers of the first material layer or the number of layers of the second material layer, and the physical property analysis method is moreover,
The contrast enhancement is performed by referring to the gradation value database before forming the contrast enhancement layer to determine the ratio between the number of layers of the first material layer and the number of layers of the second material layer. The physical property analysis method according to claim 22, wherein the difference between the gradation value of the layer image and the gradation value of the sample image to be analyzed is controlled to be 50 or more.
透過型電子顕微鏡によって、前記物性分析試料の画像を撮像する、請求項19に記載の物性分析方法。 The physical property analysis method according to claim 19, wherein an image of the physical characteristic analysis sample is imaged by a transmission electron microscope. 前記物性分析試料を作製する方法はさらに、導電層または絶縁層である保護層を前記コントラスト強化層に成形させる、請求項19に記載の物性分析方法。 The physical characteristic analysis method according to claim 19, wherein the method for producing the physical characteristic analysis sample further forms a protective layer, which is a conductive layer or an insulating layer, on the contrast enhancing layer. 前記物性分析試料を作製する方法はさらに、前記コントラスト強化層を形成する前に、前記分析対象試料に対して熱処理または表面改質処理を行う、請求項19に記載の物性分析方法。 The method for producing a physical characteristic analysis sample is the method for preparing a physical property analysis sample according to claim 19, wherein the sample to be analyzed is heat-treated or surface-modified before the contrast-enhanced layer is formed. 前記コントラスト強化層は、原子層蒸着プロセスで形成され、かつ、前記原子層蒸着プロセスで前記コントラスト強化層を形成する方法は、
前記分析対象試料をコーティングキャビティに仕込み、
前記コーティングキャビティ内に第1の元素前駆体ガス、洗浄ガス及び第1の反応ガスを順に送気・排気することによって、前記第1の材料層の中の1層を形成させ、
前記コーティングキャビティ内に第2の元素前駆体ガス、前記洗浄ガス及び第2の反応ガスを順に送気・排気することによって、前記第2の材料層の中の1層を形成させ、
前記第1の元素前駆体ガス、前記洗浄ガス、第1の反応ガス、前記第2の元素前駆体ガス及び前記第2の反応ガスのいずれも、排気管路を介して特定の排気速度で前記コーティングキャビティ外に排気され、かつ、前記排気速度は、前記反応ガスのいずれかをコーティングキャビティに送気する送気速度の8倍以上である、請求項20に記載の物性分析方法。
The contrast-enhanced layer is formed by an atomic layer vapor deposition process, and the method of forming the contrast-enhanced layer by the atomic layer vapor deposition process is as follows.
The sample to be analyzed is charged into the coating cavity and
By supplying and exhausting the first element precursor gas, the cleaning gas and the first reaction gas in this order in the coating cavity, one layer in the first material layer is formed.
A second element precursor gas, a cleaning gas, and a second reaction gas are sequentially supplied and exhausted into the coating cavity to form one layer in the second material layer.
The first element precursor gas, the cleaning gas, the first reaction gas, the second element precursor gas and the second reaction gas are all said at a specific exhaust rate through an exhaust pipeline. The physical property analysis method according to claim 20 , wherein the exhaust gas is exhausted to the outside of the coating cavity, and the exhaust gas is 8 times or more the air supply rate for supplying any of the reaction gases to the coating cavity.
前記第1の反応ガスと前記第2の反応ガスは同じであると共に、いずれも反応ガス送気管路を介して、前記コーティングキャビティ内に送気され、かつ、前記第1の元素前駆体ガスの送気速度と前記第1の反応ガスの送気速度との比の値、或いは、前記第2の元素前駆体ガスの送気速度と第2の反応ガスの送気速度との比の値は、0.7~1.5である、請求項27に記載の物性分析方法。 The first reaction gas and the second reaction gas are the same, and both are supplied into the coating cavity through the reaction gas air supply conduit and are of the first element precursor gas. The value of the ratio of the air supply rate to the air supply rate of the first reaction gas, or the value of the ratio of the air supply rate of the second element precursor gas to the air supply rate of the second reaction gas is , 0.7 to 1.5, according to claim 27.
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